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基于换电船舶的远洋海岛离散能量优化调度策略研究

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中国电机工程学报 2020年第S1期40卷 108-121页

作者：徐诗鸿张宏志林湘宁李正天陈哲方家琨汪致洵随权强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 湖北省武汉市430074 奥尔堡大学能源技术学院丹麦奥尔堡DK-9220

考虑到海岛及其周边海域所蕴藏的丰富的可再生能源,在未来,通过实现岛间离散能量的支援调度,将有效保障海岛电能和资源的长期可靠供应,提升远洋资源开发能力,推进远洋海岛的发展和建设。该文提出一种基于换电船舶的岛间能量调度方案,并... 详细信息

考虑到海岛及其周边海域所蕴藏的丰富的可再生能源,在未来,通过实现岛间离散能量的支援调度,将有效保障海岛电能和资源的长期可靠供应,提升远洋资源开发能力,推进远洋海岛的发展和建设。该文提出一种基于换电船舶的岛间能量调度方案,并根据调度方式的差异将其划分为不同模式,在计及换电船舶数目、船舶自身载荷、岛屿服务时间窗等约束条件的基础上,采用改进蚁群算法对不同模式下的最优调度方案进行了搜索。仿真中基于我国南海某群岛实际地理数据,对比分析了不同模式下的船舶配置情况和累计航行距离,说明了所提方法的可行性与合理性,能够实现岛间能源的相互补充和协调支援。

关键词：远洋海岛离散能量调度换电船舶改进蚁群算法

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考虑主从博弈的远洋海岛微网能量管理策略

电力系统及其自动化学报 2023年第2期35卷 1-9页

作者：高降宇陈蓓黄帅博上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620

为提高远洋海岛能源供给经济性,减少其对中国内地电网的依赖,提出基于主从博弈的远洋海岛微网能量管理策略。该策略实施两阶段优化:第1阶段考虑到光伏出力的随机性和负荷的波动性,构建不确定性模型,以发电功率和用户功率的最大匹配为目... 详细信息

为提高远洋海岛能源供给经济性,减少其对中国内地电网的依赖,提出基于主从博弈的远洋海岛微网能量管理策略。该策略实施两阶段优化:第1阶段考虑到光伏出力的随机性和负荷的波动性,构建不确定性模型,以发电功率和用户功率的最大匹配为目标,优化储能充放电功率;第2阶段构建能量管理中心EMC(energy management center)与微网运营商MGO(microgrid operator)之间的主从博弈模型,该模型以EMC为领导者、MGO为跟随者,形成一主多从博弈均衡。通过分析负荷中心岛中微电网电量富余和不足的2种情况,优化EMC定价策略和MGO用户需求响应,并证明了该模型博弈均衡解的存在性和唯一性。最后通过仿真算例验证了所提策略的经济性和有效性。

关键词：两阶段优化主从博弈博弈均衡解远洋海岛能量管理

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计及检修计划的远洋海岛多能源系统协同优化

重庆理工大学学报（自然科学） 2022年第5期36卷 195-202页

作者：李凤祥贺鑫洪孔维健姜畅畅江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013

为了提高远洋海岛多能源系统的中长期运行经济性,提出一种以系统年综合运行成本最小为目标、考虑风光预测出力不确定性和安全运行约束等因素的检修与调度协同优化模型。建立远洋海岛多能源系统内各组件数学模型,采用场景分析法对风光机... 详细信息

为了提高远洋海岛多能源系统的中长期运行经济性,提出一种以系统年综合运行成本最小为目标、考虑风光预测出力不确定性和安全运行约束等因素的检修与调度协同优化模型。建立远洋海岛多能源系统内各组件数学模型,采用场景分析法对风光机组出力进行预测,得到典型出力场景;建立协同优化模型,通过算例得到不同检修方案下的综合运行成本、可再生能源机组检修计划,以及给定方案下系统内机组调度安排和不同储能模式的综合运行成本。算例结果表明:场景分析法能够降低风光预测误差对系统运行经济性的影响,检修与调度协同优化有助于提高系统运行经济性,验证了新模型的有效性;多种储能装置配合使用能进一步提高系统运行经济性。

关键词：远洋海岛多能源系统中长期运行机组检修计划不确定性协同优化

基于模型预测控制的远洋海岛交通船舶充电调度方案

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三峡大学学报（自然科学版） 2019年第3期41卷 75-80页

作者：张晋源林湘宁张哲原三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002 华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

充分开发利用海洋资源逐渐成为世界各国的共同目标.远洋海岛群蕴藏丰富且分布散落的旅游资源,需配备每日通勤的交通船舶承担主要交通工具.对远洋海岛而言,由于柴油等常规能源补给困难且属于高排放能源,本着建设绿色海岛的理念,清洁化的... 详细信息

充分开发利用海洋资源逐渐成为世界各国的共同目标.远洋海岛群蕴藏丰富且分布散落的旅游资源,需配备每日通勤的交通船舶承担主要交通工具.对远洋海岛而言,由于柴油等常规能源补给困难且属于高排放能源,本着建设绿色海岛的理念,清洁化的全电驱动船舶是最佳选择.如果这类船舶的充电仍主要利用柴油发电机(柴机)发电,船舶运营商不仅要承担应补给困难导致的高昂用电费用,还背离了建设绿色海岛的初衷,但单纯利用风电进行充电又不能保障其出行时间.因此,需要研究一种基于柴机和风电联合充电的远洋海岛交通船舶的充电优化调度策略.针对风能固有的随机性和波动性,本文利用模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)在充电前对充电1h内的风电发电量进行预测,并针对不同的预测结果设计相关的调度策略,以实现在满足船舶出行条件的前提下增大风电的利用率的目标.进而减小常规机组的发电量,最终达到缩减充电成本的目的.算例仿真结果表明,本文所提策略实现了充电成本的减小,验证了调度方案的可行性.

关键词：远洋海岛交通船舶模型控制预测调度

晴雨两用远洋海岛海水淡化收集装置设计及应用

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实验室研究与探索 2022年第8期41卷 72-76页

作者：罗心怡钟妮倩刘畅尹镜雲张中天金光球河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学环境学院南京210098 河海大学水利水电学院南京210098 河海大学农业科学与工程学院南京210098

设计了一套晴雨两用的海水淡化收集装置,利用该实验装置通过太阳能蒸发、遇冷凝结的淡水资源在自身重力作用下汇集,对实验数据进行分析。晴天时,太阳光直射该装置,使得与水槽组成的封闭系统中海水的温度上升,装置内部的水转化为水蒸气上... 详细信息

设计了一套晴雨两用的海水淡化收集装置,利用该实验装置通过太阳能蒸发、遇冷凝结的淡水资源在自身重力作用下汇集,对实验数据进行分析。晴天时,太阳光直射该装置,使得与水槽组成的封闭系统中海水的温度上升,装置内部的水转化为水蒸气上升,并在该装置顶部触顶冷凝,冷凝的水沿着有一定角度的顶面及各个壁面向下流入预留斜槽。雨天时,雨水落入顶部收集器,在重力作用下沿着容器本身设置的斜坡落入预留的小孔,进入管道完成自动收集。试验结果证明装置系统的可行性和可操作性。所设计的海水淡化收集装置与传统工艺相比节约能耗、清洁环保、不占用珍贵的土地资源且节省回收雨水的人力,具有广泛应用前景。同时实验数据表明,淡水收集装置内湿度接近饱和,具备冷凝条件,但冷凝效果仍需提高。

关键词：海水淡化太阳能远洋海岛蒸散发冷凝

基于储电船舶时空分布特性的远洋海岛微电网能量优化管理研究

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基于储电船舶时空分布特性的远洋海岛微电网能量优化管理研究

作者：罗青龙华中科技大学

学位级别：硕士

随着我国海洋战略的实施,海洋经济进入快速发展阶段。作为海洋经济的重要支点和平台,远洋海岛在多个领域具有重要的战略意义。但受特殊地理环境的制约,远洋海岛电网的发展面临诸多挑战。传统独立型海岛在资源和能源供应上仍依赖外界的输... 详细信息

随着我国海洋战略的实施,海洋经济进入快速发展阶段。作为海洋经济的重要支点和平台,远洋海岛在多个领域具有重要的战略意义。但受特殊地理环境的制约,远洋海岛电网的发展面临诸多挑战。传统独立型海岛在资源和能源供应上仍依赖外界的输入,影响海岛的可持续发展。远洋海岛蕴含丰富的可再生能源,岛屿间资源的相互补充和协调利用,对发展海岛经济有着重要意义。对此,本文以未来远洋海岛社会形态和海岛群能量协调管理为着眼点,引入独创性概念型储电船舶,结合现有的微电网调度控制技术,研究计及储电船舶时空特性的海岛微电网能量优化管理方案。具体内容如下:首先,针对远洋海岛的交通需求和电力需求,提出一种新概念储电船舶,并根据功能需要将储电船舶划分为班船、作业船和出租船三种类型,对不同类型的储电船舶进行参数建模。对含风-光-波浪-储及负荷的海岛微电网典型结构及其各组成部分进行分析。考虑储电船舶和海岛微电网的能量交换,建立海岛微电网能量管理系统架构。其次,根据不同类型储电船舶的行驶时空特性,提出一种基于储电船舶行驶出行链随机模拟的充换电需求分析方法。对多类型储电船舶出行链各特征量进行分析拟合,采用蒙特卡洛模拟方法对多类型储电船舶完整出行链进行样本抽取,求解多类型储电船舶充换电需求的时空分布特性。最后,考虑储电船舶向海岛微电网的馈电作用,针对不同类型船舶的充换电方式,提出基于储电船舶时空分布的海岛微电网能量管理方案,同时对采用充放电方式的储电船舶提出两种控制策略。将海岛微电网和储电船舶作为研究对象,以总负荷方差最小为目标,构建相应的约束条件,建立海岛微电网能量优化管理模型。通过算例验证了所提出的海岛微电网能量优化管理方案,并对两种充放电控制策略进行对比分析,说明了改进策略在提高系统电能质量的有效作用。

关键词：远洋海岛微电网储电船舶时空分布能量优化管理

面向远洋海岛微网的短期负荷预测方法及离散能量优化调度策略研究

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面向远洋海岛微网的短期负荷预测方法及离散能量优化调度策略研究

作者：张宏志华中科技大学

学位级别：硕士

远洋海岛作为海洋开发的支点和平台,具有重要的经济、政治和军事价值,充裕可靠的能量供给是实现岛屿多功能开发、促进海洋经济发展、保障“海洋强国”战略实施的基础和保证。考虑到海岛及其周边海域所蕴藏的丰富的可再生能源,在未来,通... 详细信息

远洋海岛作为海洋开发的支点和平台,具有重要的经济、政治和军事价值,充裕可靠的能量供给是实现岛屿多功能开发、促进海洋经济发展、保障“海洋强国”战略实施的基础和保证。考虑到海岛及其周边海域所蕴藏的丰富的可再生能源,在未来,通过提高岛内可再生能源发电能力,配置淡水、氢气等资源制备设施以及各类生产生活负荷,将有效保障海岛电能和资源的长期可靠供应,提升远洋资源开发能力,推进远洋海岛的发展和建设。在远洋海岛未来发展场景中,岛内将存在大量新型用电负荷,并呈现出多元化、复杂化的特点,为此,本文首先提出一种基于改进K-means算法的负荷聚类方法,根据负荷曲线的形状特征,对用户进行精细化聚类划分,为负荷模型构建、分类负荷预测奠定研究基础。同时,本文将信息论引入到历史负荷数据的可预测性评估当中,通过计算样本信息熵,构建可预测性评价指标,建立了先验式样本评估方案。其次,针对部分波动性较大、不确定性较强的负荷,本文提出一种基于边界估计理论的区间预测方法,一方面,从区间宽度和累计误差两个角度对现有区间预测评价指标做出改进,另一方面,利用神经网络构建了区间预测模型,并基于预测评价指标的优劣,采用粒子群算法对网络结构参数进行优化。仿真中通过对某波动性较强的历史负荷数据进行预测分析,验证了所提方法相比于传统点对点预测以及现有区间预测方法的优越性。最后,本文提出一种基于储换电船舶的岛间能量调度方案,并根据调度方式的差异将其划分为不同模式,在计及储换电船舶数目、船舶自身载荷、岛屿服务时间窗等约束条件的基础上,采用改进蚁群算法对不同模式下的最优调度方案进行了搜索,仿真中基于我国南海某群岛实际地理数据,对比分析了不同模式下的船舶配置情况和累计航行距离,说明了所提方法的可行性与合理性,能够实现岛间能源的相互补充和协调支援。

关键词：远洋海岛负荷聚类分析可预测性评估区间预测离散能量调度

基于多目标粒子群优化算法的远洋海岛岛屿群分割组合策略研究

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基于多目标粒子群优化算法的远洋海岛岛屿群分割组合策略研究

作者：赵成斌三峡大学

学位级别：硕士

远洋海岛凭借丰富的海洋资源和重要的地缘位置,在国际社会备受瞩目,开发建设远洋海岛群、大力发展海洋经济已成为大势所趋。但是,受限于地理环境等条件,开发建设远洋海岛群面临诸多挑战。目前,已开发的远洋海岛群在传统的发电形式下主... 详细信息

远洋海岛凭借丰富的海洋资源和重要的地缘位置,在国际社会备受瞩目,开发建设远洋海岛群、大力发展海洋经济已成为大势所趋。但是,受限于地理环境等条件,开发建设远洋海岛群面临诸多挑战。目前,已开发的远洋海岛群在传统的发电形式下主要依赖柴油机发电,这种情况下,不但生产生活的成本（发电、交通等）较为高昂,而且还存在污染环境的风险。实际上,现存的海岛常常以集群模式存在着,各海岛在大洋中的分布星罗棋布,数量不一。以我国南沙群岛为例,大大小小的岛屿数量达到550多个,其中大型可被开发成生产和生活的岛屿就有14个。而周围存在着不少数量的无人岛,其土地资源没有得到充分地开发和利用。因此,为实现岛屿的新能源的高渗透率以及岛民生活需要,基于海岛特殊的电网条件,本文提出一种将电力生产与消费环境分开,采用“资源富集岛+负荷中心岛”的岛屿集群模式的电网配网规划。具体内容如下:首先,对面向远洋海岛发电和电缆的关键元件进行建模和选型,对负荷做基础性预测。分析各个参数之间的关系,确定合适的参数。其次,提出了一种基于多目标粒子群优化算法的海岛岛屿群分割策略。将整个海岛集群分割成负荷岛数量个的独立微网海岛群。将研究整体分割为与负荷岛数量一致的小海岛群。最后,在小海岛群的基础上,结合负荷岛上各个等级的耗能及发电区域的节点划分,提出了多节点的能量潮流规划策略,结合遍历生成树的智能算法,排查出多种配电网络连接方案。基于兼顾投资经济性、岛群可再生能源渗透率、以及电能质量的三目标优化策略,利用粒子群优化算法,结合matlab和matpower潮流计算软件,计算出一种固定节点群内的最佳潮流规划方案。并与传统的经济性方案结果进行对比。算例结果表明本文所提建设布局方案合理可行。为远洋海岛群可再生能源的有效规划提供了一条可资借鉴的思路。

关键词：远洋海岛资源岛负荷岛多目标粒子群智能算法布局优化

面向远洋海岛群的电源规划及物资能量补给策略研究

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面向远洋海岛群的电源规划及物资能量补给策略研究

作者：张哲原华中科技大学

学位级别：硕士

远洋海岛是维护国家主权和海洋权益的重要支点和平台,构建安全稳定可靠的远洋海岛群供电和物资补给网络具有重要的经济和战略价值。目前,现有的微电网理论研究和工程应用已经为海岛微电网的清洁供电、可靠供电问题提供了可行的解决方案... 详细信息

远洋海岛是维护国家主权和海洋权益的重要支点和平台,构建安全稳定可靠的远洋海岛群供电和物资补给网络具有重要的经济和战略价值。目前,现有的微电网理论研究和工程应用已经为海岛微电网的清洁供电、可靠供电问题提供了可行的解决方案。然而,微电网的经济发展与电力需求的交互关系、新能源机组供电波动性和随机性都提高了对电源规划的要求;同时,基于远洋海岛从大陆进行物资补给困难等特点,亟需研究利用周围无人岛为负荷集中分布的岛屿进行补给的方案。为此,本文从适配远洋海岛微电网的主力电源、备用电源和物质生产装置的建模入手,讨论了微电网建设发展过程中的经济和电力交互影响特征、常规机组作为备用的概率性出力和燃料耗量特征,以及资源岛上物资能量的生产打包方式。具体研究内容包括:在计及经济增长和电力供应交互影响的微电网多阶段电源规划方面,首先量化表征了远洋海岛电力供应与经济发展的交互影响因素;建立了包含偏远社区经济增长最大、微网运行维护(operation and maintenance,O&M)费用最小和经济增长下行风险最小三个目标的微网多阶段多目标电源规划模型,并采用快速群搜索算法进行求解。理论和仿真结果验证了该电源规划方法的合理性和有效性。在双重化备用电源规划方面,针对风机、光伏发电和负荷的不确定性,利用概率性序列运算方法求取电力和电量不足两个可靠性指标的概率分布;进而根据微型燃气轮机和柴油机各自的特性,构建了最大化利用两种机组优势的备用策略,并以最大程度满足可靠性为前提,求解备用机组及储气站的最优规划容量。仿真结果证明了所求解的机组及配套设备能够满足岛上日常及极端天气的备用功能。在资源/能量包制备及输运策略方面,根据远洋海岛群的实际特点进行岛屿功能分类,建立海水淡化装置、制氢装置和蓄电池的能量转换效率-产物质量特性模型及物资/能量包的价值评估模型;以最大化资源岛收益为目标求取物资/能量打包方案及以船舶额定载重为表征的物资/能量包外送方案。算例结果证明了所提策略的优越性。

关键词：远洋海岛经济电力交互多阶段规划双重化备用物资/能量包